Transcript X - Laboratório de Metrologia

O Sistema de
Medição
Metrologia – UFPR
Definições

Neste texto:


Instrumento de medição tem sido preferido
para denominar sistemas de medição de
pequeno porte, portáteis e encapsulados em
uma única unidade.
Sistemas de medição tem sido usado
genericamente para abranger desde
medidores simples e compactos até os
grandes e complexos.
Metrologia – UFPR (slide 2)
Métodos básicos de medição
Metrologia – UFPR
Método da comparação

O valor do mensurando é determinado
comparando-o com um artefato cujo valor de
referência é muito bem conhecido.
0
medidas
materializadas
Metrologia – UFPR (slide 4)
Definição

Medida materializada:


Dispositivo destinado a reproduzir ou
fornecer, de maneira permanente durante seu
uso, um ou mais valores conhecidos de uma
dada grandeza.
São exemplos: massas-padrão; resistor
elétrico padrão; um bloco-padrão; um
material de referência.
Metrologia – UFPR (slide 5)
Método da indicação

Mostram um número proporcional ao valor
do mensurando.
Metrologia – UFPR (slide 6)
Medição diferencial

A pequena diferença entre o mensurando
e uma medida materializada é indicada.
Metrologia – UFPR (slide 7)
Medição diferencial
relógio
comparador
0
0
d
coluna
d
peça
padrão
padrão
peça
base
Metrologia – UFPR (slide 8)
Medição diferencial
medição
zeragem
Metrologia – UFPR (slide 9)
Análise comparativa
característica
velocidade de medição
facilidade de automação
indicação
muito rápido
muito fácil
comparação
muito lento
muito difícil
diferencial
rápido
muito fácil
estabilidade com tempo
custo
instável
moderado a
elevado
muito estável
elevado
muito estável
moderado
muito usada
na indústria
Metrologia – UFPR (slide 10)
Módulos básicos de um sistema
de medição
Metrologia – UFPR
Módulos básicos de um SM
sistema de medição
transdutor
e/ou
sensor
unidade de
tratamento
do sinal
dispositivo
mostrador
ou
registrador
indicação
ou
registro
mensurando
• em contato com
o mensurando
• transformação
de efeitos físicos
• sinal fraco
• amplifica
potência do sinal
do transdutor
• torna o sinal
perceptível ao
usuário
• pode processar
o sinal
• pode indicar ou
registrar o sinal
Metrologia – UFPR (slide 12)
Dispositivos registradores
Metrologia – UFPR (slide 13)
Módulos de um SM
transdutor
d
dispositivo
mostrador
F
Metrologia – UFPR (slide 14)
Módulos de um SM
transdutor
D
dispositivo
mostrador
A
F
unidade de
tratamento de sinais
Metrologia – UFPR (slide 15)
Módulos de um SM
ID
N
PW
A
14,5 N
B
F
Metrologia – UFPR (slide 16)
Módulos de um SM
força
mola
sensor
N/B
transdutor
deslocamento
sinal de
medição
indutância
PW
tensão
A
unidade de
tratamento do sinal
ID
dispositivo mostrador
TENSÃO
indicação
Metrologia – UFPR (slide 17)
Características metrológicas dos
sistemas de medição
Metrologia – UFPR
Quanto à faixa de utilização...

Faixa de indicação (FI)

intervalo compreendido entre o menor e o
maior valor que pode ser indicado.
faixa de
indicação
Metrologia – UFPR (slide 19)
Quanto à faixa de utilização...

Faixa nominal

faixa ativa selecionada pelo usuário.
Metrologia – UFPR (slide 20)
Exemplo (multímetro)
Faixas
nominais
0 a 1000
0 a 200
0 a 20
0a2
V
V
V
V
3½
dígitos
0 a 200 mV
Metrologia – UFPR (slide 21)
Quanto à faixa de utilização...

Faixa de medição


faixa de valores do mensurando para a
qual o sistema de medição foi desenhado
para operar.
Paquímetro mecânico
 FI = 0 a 220 mm
 FM = 0 a 150 mm
Metrologia – UFPR (slide 22)
Quanto à indicação ...

Valor de uma divisão (da escala) (VD)

0
diferença entre os valores da escala
correspondentes à duas marcas sucessivas.
1
2
3
4
Metrologia – UFPR (slide 23)
Quanto à indicação ...
Incremento digital (ID)
4,0
indicação (g)
3,0
2,0
1
0
3
4
2
incremento
digital
g
1,0
quantidade de açúcar (g)
0,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
Metrologia – UFPR (slide 24)
Quanto à indicação ...

Resolução (R)



é a menor diferença entre indicações que
pode ser significativamente percebida
Nos instrumentos digitais é igual ao
incremento digital
Nos instrumentos analógicos pode ser:
VD
 VD/2
 VD/5
 VD/10

Metrologia – UFPR (slide 25)
Relação estímulo/resposta

Curva característica de resposta
Termorresistor
resposta
resposta
d (mm)
R ()
F (N)
estímulo
T (°C)
estímulo
Metrologia – UFPR (slide 26)
Relação estímulo/resposta

Sensibilidade (constante):
A
Δresposta
Sb 
Δestimulo
B
d (mm)
40
0 mm
4 mm
0 mm
B
 resposta
400 N
 estímulo
40 mm
400 N
SbA = 0,01 mm/N
A
4
0
F (N)
400
SbB = 0,10 mm/N
Metrologia – UFPR (slide 27)
Relação estímulo/resposta
 Sensibilidade (variável): indicador do
volume de combustível de um Fusca
deslocamento do ponteiro (mm)
1/4
0
2
1
1/2
1/1
fração do volume total
0
1/4
1/2
1/1
Metrologia – UFPR (slide 28)
Relação estímulo/resposta
y
y
0
x
0
resposta
x
estímulo
Metrologia – UFPR (slide 29)
Relação estímulo/resposta
y
y
0
x
0
resposta
x
estímulo
Metrologia – UFPR (slide 30)
Relação estímulo/resposta
y
y
0
x
0
resposta
x
estímulo
Metrologia – UFPR (slide 31)
Relação estímulo/resposta
y
y
0
x
0
resposta
x
estímulo
Metrologia – UFPR (slide 32)
Relação estímulo/resposta
y
y
x
0
resposta
x
0
estímulo
Metrologia – UFPR (slide 33)
Relação estímulo/resposta
y
y
resposta
x
0
x
0
estímulo
laço de histerese
erro de histerese
Metrologia – UFPR (slide 34)
Relação estímulo/resposta
 Tempo de resposta:
resposta
estímulo
tolerância
tempo
tempo de resposta
Metrologia – UFPR (slide 35)
Quanto ao erro de medição ...

Tendência


estimativa do erro sistemático
Correção

constante que, somada à indicação,
compensa os erros sistemáticos
Metrologia – UFPR (slide 36)
Quanto ao erro de medição ...

Repetitividade


faixa dentro da qual é esperado o erro
aleatório em medições repetidas realizadas
nas mesmas condições.
Reprodutibilidade

faixa dentro da qual é esperado o erro
aleatório em medições repetidas realizadas
em condições variadas.
Metrologia – UFPR (slide 37)
Quanto ao erro de medição ...

Erro de linearidade
resposta
reta MMQ
d1
d2
EL = máx(d1, d2)
estímulo
Metrologia – UFPR (slide 38)
Quanto ao erro de medição ...
 Erro máximo:
Emáx
Erro
Re
Es
Re
Indicação
- Emáx
Metrologia – UFPR (slide 39)
Quanto a erros de medição ...

Precisão e exatidão



são termos apenas qualitativos. Não
podem ser associados a números.
Precisão significa pouca dispersão. Está
associado ao baixo nível de erros
aleatórios.
Exatidão é sinônimo de “sem erros”. Um
sistema de medição com grande exatidão
apresenta pequenos erros sistemáticos e
aleatórios.
Metrologia – UFPR (slide 40)
Representação absoluta e relativa
Metrologia – UFPR
Representação absoluta

Parâmetros expressos na unidade do
mensurando:




Emáx = 0,003 V
Re = 1,5 K
Sb = 0,040 mm/N
É de percepção mais fácil.
Metrologia – UFPR (slide 42)
Representação relativa ou
fiducial

Parâmetro é expresso como um
percentual de um valor de referência

Em relação ao valor final de escala (VFE)
Emáx = 1% do VFE
 EL = 0,1% (do VFE)




Em relação à faixa de indicação
Em relação ao valor nominal (medidas
materializadas)
Facilita comparações entre SM distintos
Metrologia – UFPR (slide 43)
Calibração de Sistema de
Medição
Metrologia – UFPR
Motivação
definição do
mensurando
procedimento
de medição
resultado da
medição
condições
ambientais
Posso confiar no que
o sistema de medição
indica?
operador
sistema de
medição
CALIBRAÇÃO
Metrologia – UFPR (slide 45)
O que é calibração?
E para que serve?
Metrologia – UFPR
Calibração
padrão
sistema de
medição
indicação
X
valor
verdadeiro
condições estabelecidas
Metrologia – UFPR (slide 47)
Calibração

É o conjunto de operações que estabelece, sob
condições especificadas, a relação entre os
valores indicados por um instrumento de
medição ou sistema de medição ou valores
representados por uma medida materializada ou
um material de referência, e os valores
correspondentes das grandezas estabelecidos
por padrões.
Metrologia – UFPR (slide 48)
Padrão

É uma medida materializada, instrumento de
medição, material de referência ou sistema
de medição destinado a definir, realizar,
conservar ou reproduzir uma unidade ou um
ou mais valores de uma grandeza para servir
como referência.
Metrologia – UFPR (slide 49)
Resultados da calibração ...

... podem determinar:





Valor do mensurando.
Correções a serem aplicadas no SM.
Efeitos das grandezas de influência.
Comportamento em condições especiais ou
adversas.
São sempre apresentados na forma de
um relatório e/ou um certificado.
Metrologia – UFPR (slide 50)
Verificação, Ajuste e Regulagem
Metrologia – UFPR
Verificação

Definição:


É uma calibração simplificada que visa testar
se um sistema de medição, ou medida
materializada, está em conformidade com
uma dada especificação.
Exemplos:

Taxímetro, bomba de combustível, balança de
supermercado.
Metrologia – UFPR (slide 52)
Ajuste

Definição:



Operação corretiva destinada a fazer com que um
instrumento de medição tenha desempenho
compatível com o seu uso. O ajuste pode ser
automático, semi-automático ou manual.
É normalmente efetuado por técnico especializado.
Exemplos:


Ajuste do zero de um manômetro
Ajuste do fator de amplificação de um medidor de
forças elétrico.
Metrologia – UFPR (slide 53)
Regulagem

Definição:



A regulagem é um ajuste, empregando
somente os recursos disponíveis no sistema
de medição para o usuário.
É normalmente efetuados pelo usuário
comum.
Exemplo:

A tara (zeragem) de uma balança eletrônica
usando um botão apropriado para tal
Metrologia – UFPR (slide 54)
Bibliografia
Albertazzi, A., Souza, A. R. “FUNDAMENTOS METROLOGIA CIENTIFICA E
INDUSTRIAL”. 407p., Editora Manole, 2008.
Guia para Expressão da Incerteza de Medição (Guide to the Expression of
Uncertainty in Measurement - ISO GUM) – Inmetro, 2003
SI - SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES
http://www.inmetro.gov.br/infotec/publicacoes/Si.pdf
VIM 2008 - VOCABULÁRIO INTERNACIONAL DE METROLOGIA
http://www.inmetro.gov.br/infotec/publicacoes/VIM_2310.pdf